JP2019102826A - Tuning-fork type crystal vibration element and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基準信号源やクロック信号源に用いられる音叉型水晶振動素子(以下「音叉素子」と略称する。)、及び、これを実装した圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a tuning fork type crystal vibrating element (hereinafter abbreviated as a "tuning fork element") used for a reference signal source or a clock signal source, and a piezoelectric device mounted with the same.
従来の音叉素子として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この音叉素子は、基部と、基部から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部と、振動腕部の先端に設けられた錘部と、を備えている。そして、振動腕部には溝部が設けられ、その溝部の内外に励振電極が設けられている。この音叉素子によれば、振動腕部の先端に錘部を設けたことにより、振動腕部を短くしたまま屈曲振動の周波数を低くできるので、音叉素子を小型化できる。また、溝部の内外の励振電極によって、振動腕部に効率よく電圧を印加できる。 As a conventional tuning fork element, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. The tuning fork element includes a base, a pair of vibrating arms extending in the same longitudinal direction from the base, and a weight provided at the tip of the vibrating arm. A groove is provided in the vibrating arm, and excitation electrodes are provided on the inside and the outside of the groove. According to this tuning fork element, since the weight is provided at the tip of the vibrating arm, the frequency of bending vibration can be lowered while the vibrating arm is shortened, so that the tuning fork element can be miniaturized. Further, voltage can be efficiently applied to the vibrating arm portion by the excitation electrodes inside and outside the groove portion.
しかしながら、従来の音叉素子では、振動腕部の自由端(先端)に錘部を有するので、励振電極に交番電圧を印加すると、逆相モードの主振動の他に、同相モードの振動や、ねじれモードの振動などの副振動も発生しやすい。特に全長が1200μm以下の小型の音叉素子では、その傾向が強い。そのため、音叉素子を素子搭載部材(パッケージ)に実装したときに、素子搭載部材からの応力変化により基部に歪みが加わり、この歪みにより副振動が大きくなる。その結果、従来の音叉素子では、その実装前後で発振周波数が変化することにより、設計どおりの発振周波数が得にくいという問題があった。 However, since the conventional tuning fork device has a weight at the free end (tip) of the vibrating arm, when an alternating voltage is applied to the excitation electrode, in addition to the main vibration in the reverse phase mode, vibration in the common mode and torsion Secondary vibration such as mode vibration is also likely to occur. This tendency is particularly strong in small-sized tuning fork elements having a total length of 1200 μm or less. Therefore, when the tuning fork element is mounted on the element mounting member (package), distortion is added to the base due to a change in stress from the element mounting member, and the secondary vibration becomes large due to this distortion. As a result, in the conventional tuning fork element, there is a problem that it is difficult to obtain an oscillation frequency as designed because the oscillation frequency changes before and after the mounting.
そこで、本発明の目的は、振動腕部の先端に錘部を有する音叉素子において、実装前後での発振周波数の変化を抑制し得る技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing a change in oscillation frequency before and after mounting in a tuning fork having a weight at the tip of a vibrating arm.
本発明者は、振動腕部の先端に錘部を有する従来の音叉素子において、実装前後での発振周波数の変化を抑制すべく研究及び実験を重ねた結果、次の知見を得た。 The inventors of the present invention obtained the following findings as a result of repeated studies and experiments to suppress changes in oscillation frequency before and after mounting in a conventional tuning fork element having a weight at the tip of a vibrating arm.
音叉素子のシミュレーション実験において、振動腕部及び錘部の長さと錘部の幅とに特別な関係が成り立つときに、実装前後での発振周波数の変化が抑制される、という結果を得た。 In the simulation experiment of the tuning fork element, when a special relationship was established between the length of the vibrating arm and the weight and the width of the weight, the result that the change of the oscillation frequency before and after mounting was suppressed.
本発明に係る音叉素子は、この知見に基づきなされたものであり、
基部と、
前記基部から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部と、
前記振動腕部の先端に設けられた錘部と、
を備えた音叉型水晶振動素子であって、
平面視して、前記長手方向の寸法を長さ、前記長手方向に垂直な方向の寸法を幅とし、
前記振動腕部及び前記錘部の前記長さの基準値x0との差をx、前記錘部の前記幅の基準値y0との差をy、単位をμmとしたとき、次式(1)が成り立つ、
−100≦x≦100、−30≦y≦30、かつ、
−0.3x−15≦y≦−0.3x+15 ・・・(1)
ことを特徴とする。
The tuning fork element according to the present invention is made based on this finding,
The base,
A pair of vibrating arms extending from the base in the same longitudinal direction;
A weight provided at the tip of the vibrating arm;
A tuning-fork type quartz crystal vibrating element provided with
In plan view, the dimension in the longitudinal direction is a length, and the dimension in the direction perpendicular to the longitudinal direction is a width,
Assuming that the difference between the length of the vibrating arm and the weight with the reference value x 0 of the length is x, the difference between the width of the weight with the reference value y 0 is y, and the unit is μm, 1) holds,
−100 ≦ x ≦ 100, −30 ≦ y ≦ 30, and
−0.3x−15 ≦ y ≦ −0.3x + 15 (1)
It is characterized by
本発明によれば、振動腕部及び錘部の長さと錘部の幅との関係を最適化することにより、音叉素子の実装前後において発振周波数の変化を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress a change in oscillation frequency before and after mounting the tuning fork element by optimizing the relationship between the lengths of the vibrating arm and the weight and the width of the weight.
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "embodiment") will be described with reference to the attached drawings. In the specification and the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals. Also, the shapes depicted in the drawings are drawn for the convenience of the person skilled in the art to understand, and therefore do not necessarily match the actual dimensions and proportions.
図1は、実施形態の音叉素子を示す平面図である。図2[A]は、図1におけるIIa−IIa線断面図である。図2[B]は、図1の音叉素子を実装した圧電デバイスを示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。 FIG. 1 is a plan view showing the tuning fork element of the embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric device on which the tuning fork element of FIG. 1 is mounted. Hereinafter, it demonstrates based on these drawings.
図1及び図2[A]に示すように、本実施形態の音叉素子10は、基部11と、基部11から同じ長手方向(Y’軸方向)に延びた一対の振動腕部12a,12bと、振動腕部12a,12bの先端に設けられた錘部16a,16bと、を備えている。そして、平面視して、長手方向(Y’軸方向)の寸法を長さ、長手方向(Y’軸方向)に垂直な方向(X軸方向)の寸法を幅とし、振動腕部12a,12b及び錘部16a,16bの長さの基準値x0との差をx、錘部16a,16bの幅の基準値y0との差をy、単位をμmとしたとき、次式(1)が成り立つ。
−100≦x≦100、
−30≦y≦30、かつ、
−0.3x−15≦y≦−0.3x+15 ・・・(1)
As shown in FIGS. 1 and 2A, the
−100 ≦ x ≦ 100,
−30 ≦ y ≦ 30, and
−0.3x−15 ≦ y ≦ −0.3x + 15 (1)
本実施形態の音叉素子10によれば、振動腕部12a,12b及び錘部16a,16bの長さと錘部16a,16bの幅との関係を最適化することにより、実装前後での発振周波数の変化を抑制できる(詳細は後述する。)。
According to the
また、式(1)に代えて、次式(2)が成り立つ、としてもよい。
−100≦x≦100、−30≦y≦30、かつ、
y=−0.3x ・・・(2)
この場合は、実装前後での発振周波数の変化をより抑制できる。
Also, instead of equation (1), the following equation (2) may be established.
−100 ≦ x ≦ 100, −30 ≦ y ≦ 30, and
y = -0.3x (2)
In this case, the change in oscillation frequency before and after mounting can be further suppressed.
更に、式(1)又は式(2)において、x,yは次式(3)を満たす、としてもよい。
−50≦x≦50、かつ、−15≦y≦15 ・・・(3)
この場合は、実装前後での発振周波数の変化をより一層抑制できる。
Furthermore, in the formula (1) or the formula (2), x and y may satisfy the following formula (3).
−50 ≦ x ≦ 50 and −15 ≦ y ≦ 15 (3)
In this case, the change of the oscillation frequency before and after mounting can be further suppressed.
更にまた、式(1)乃至式(3)において、基準値x0が780μmかつ基準値y0が102μmである場合に、それらの効果が顕著になる。 Furthermore, in the formula (1) through (3), the reference value x 0 is when 780μm and the reference value y 0 is 102 .mu.m, their effect becomes remarkable.
振動腕部12a,12b及び錘部16a,16bの長さとは、振動腕部12aの長さと錘部16aの長さとの和、又は、振動腕部12bの長さと錘部16bの長さとの和であり、両者はともに等しい。錘部16a,16bの幅とは、錘部16aの幅、又は、錘部16bの幅であり、両者はともに等しい。
The lengths of the vibrating
上記「長さ」が変数であるとき、「幅」が定数であれば「長さ」は面積(長さ×幅)に比例し、「幅」及び「厚み」が定数であれば「長さ」は体積(長さ×幅×厚み)に比例する。同様に、上記「幅」が変数であるとき、「長さ」が定数であれば「幅」は面積(幅×長さ)に比例し、「長さ」及び「厚み」が定数であれば「幅」は体積(幅×長さ×厚み)に比例する。この場合、式(1)及び式(2)は、x,yを面積又は体積として書き換えることができる。 When the above “length” is a variable, if “width” is a constant, “length” is proportional to the area (length × width), and if “width” and “thickness” are constants, “length” "Is proportional to volume (length x width x thickness). Similarly, when the "width" is a variable, if the "length" is a constant, the "width" is proportional to the area (width x length), and if the "length" and the "thickness" are constants. “Width” is proportional to volume (width × length × thickness). In this case, equation (1) and equation (2) can be rewritten as x or y as an area or volume.
また、振動腕部12a,12bの長手方向(Y’軸方向)の中心線17a,17bと、錘部16a,16bの長手方向(Y’軸方向)の中心線17a,17bとが、一致することが好ましい。すなわち、振動腕部12aの中心線17aと錘部16aの中心線17aとが一致し、振動腕部12bの中心線17bと錘部16bの中心線17bとが一致することが好ましい。なぜなら、振動腕部12a,12bから錘部16a,16bへ主振動が伝わる際に、副振動が生じにくいからである。
Further,
図2[B]に示すように、本実施形態の圧電デバイス30は、本実施形態の音叉素子10を実装したものである。圧電デバイス30によれば、音叉素子10を実装したことにより、音叉素子10と同様の効果を奏する。
As shown in FIG. 2B, the
次に、音叉素子10の構成について更に詳しく説明する。
Next, the configuration of the
音叉素子10は、前述の構成要素以外にも、振動腕部12a,12bの間の基部11から長手方向(Y’軸方向)に突き出た突起部13と、突起部13の基端側から先端側に長手方向(Y’軸方向)に形成されたスリット14と、振動腕部12a,12bに基部11側から錘部16a,16b側まで直線状に設けられた溝部15a,15bと、を備えている。
The
振動腕部12a,12bは、それぞれ基部11から同じ方向に延設され、その延設方向に沿って溝部15a,15bが設けられている。振動腕部12a,12bの先端には、それぞれ周波数調整用の錘部16a,16bが設けられている。基部11、振動腕部12a,12b、突起部13、スリット14及び錘部16a,16bは、水晶のウェットエッチングによって形成された水晶振動片19からなる。音叉素子10は、水晶振動片19の他に、パッド電極21a,21b(図1)、励振電極22a,22b(図2[A])、及び、図示しない周波数調整用金属膜、配線パターンなども備えている。
The vibrating
基部11は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片19は、基部11、振動腕部12a,12b、突起部13及び錘部16a,16bが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、ウェットエッチング技術によって製造される。
The
溝部15a,15bは、振動腕部12aの表裏面に二本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に二本ずつ、基部11との境界部分から振動腕部12a,12bの先端に向って、振動腕部12a,12bの長手方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部15a,15bは、本実施形態1では振動腕部12aの表裏面に二本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部12aの表裏面に一本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。溝部15a,15b内には、ウェットエッチング時に貫通しないように、エッチング抑制パターンを設けてもよい。
The
振動腕部12aには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極22aが設けられ、表裏面の溝部15aの内側に励振電極22bが設けられる。同様に、振動腕部12bには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極22bが設けられ、表裏面の溝部15bの内側に励振電極22aが設けられる。したがって、振動腕部12aにおいては両側面に設けられた励振電極22aと溝部15a内に設けられた励振電極22bとが異極同士となり、振動腕部12bにおいては両側面に設けられた励振電極22bと溝部15b内に設けられた励振電極22aとが異極同士となる。
In the vibrating
基部11にはパッド電極21a,21b及び図示しない配線パターンが設けられ、錘部16a,16bには図示しない周波数調整用金属膜が設けられる。配線パターンは、パッド電極21aと励振電極22aとの間、及び、パッド電極21bと励振電極22bとの間を、それぞれ電気的に接続する。すなわち、パッド電極21aと励振電極22aとは電気的に導通しており、パッド電極21bと励振電極22bとは電気的に導通しており、パッド電極21a及び励振電極22aとパッド電極21b及び励振電極22bとは電気的に絶縁されている。
The
図2[B]に示すように、音叉素子10は、パッド電極21a,21b(図1)及び導電性接着剤31を介して、素子搭載部材32側のパッド電極33に片持ち梁状に固定されると同時に電気的に接続される。音叉素子10が実装された素子搭載部材32は、蓋部材34によって封止され、圧電デバイス30となる。その封止方法には、例えば金錫封止や電気溶接や溶融ガラスが用いられる。
As shown in FIG. 2B, the
水晶の結晶は三方晶系である。水晶の頂点を通る結晶軸をZ軸、Z軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をX軸、X軸及びZ軸に直交する座標軸をY軸とする。ここで、これらのX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系をX軸を中心として例えば±5度の範囲で回転させたときの回転後のY軸及びZ軸を、それぞれY’軸及びZ’軸とする。この場合、本実施形態1では、二本の振動腕部12a,12bの長手方向がY’軸の方向であり、二本の振動腕部12a,12bの短手方向がX軸の方向である。
Crystals of quartz are trigonal. A crystal axis passing through the top of the quartz crystal is taken as a Z axis, three crystal axes connecting edges in a plane perpendicular to the Z axis as a X axis, and a coordinate axis orthogonal to the X axis and the Z axis as a Y axis. Here, when the coordinate system consisting of these X, Y, and Z axes is rotated, for example, in a range of ± 5 degrees about the X axis, the Y and Z axes after rotation are Y ′ and Y ′ respectively. Let it be the Z 'axis. In this case, in the first embodiment, the longitudinal direction of the two vibrating
次に、音叉素子10の動作を説明する。
Next, the operation of the
音叉素子10を屈曲振動させる場合、パッド電極21a,21bに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部12aの表裏の溝部15aに設けられた励振電極22bはプラス電位となり、振動腕部12aの両側面に設けられた励振電極22aはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部12bの表裏の溝部15bに設けられた励振電極22aはマイナス電位となり、振動腕部12bの両側面に設けられた励振電極22bはプラス電位となり、振動腕部12aに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部12a,12bに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。
When the
次に、音叉素子10の主な寸法(単位はμm)の一例を、図1及び図3に基づき説明する。
Next, an example of the main dimensions (in μm) of the
音叉素子10の全長10L=1052
音叉素子10の全幅10W=362
基部11の長さ11L=272
基部11の幅11W=232
振動腕部12a,12bの長さ(基準値x0)=780
振動腕部12a,12bの幅12W=40
溝部15a,15bの長さ15L=420
錘部16a,16bの長さ16L=239
錘部16a,16bの幅(基準値y0)=102
中心線17a,17b間の幅17W=144.5
パッド電極21a,21bの長さ21L=160
パッド電極21a,21bの幅21W=100
水晶振動片19の厚み19t(図2[A])=100
The
The
Width of
The
次に、音叉素子10のシミュレーション実験について説明する。
Next, simulation experiments of the
まず、音叉素子10の振動モードについて説明する。図4の各図において、錘部は図示を略し、実線の矢印は一周期の前半での動きを示し、破線の矢印は一周期の後半での動きを示す。
First, the vibration mode of the
図4[A]に示す振動モードは、振動腕部12aと振動腕部12bとが互いに同相で±X軸方向に振動するモードであり、「同相」と呼ぶことにする。図4[B]に示す振動モードは、振動腕部12aと振動腕部12bとが互いに逆相で±X軸方向に振動するモードであり、「主振動」と呼ぶことにする。
The vibration mode shown in FIG. 4A is a mode in which the vibrating
図4[C]に示す振動モードは、振動腕部12aと振動腕部12bとが互いに同相で±Z’軸方向に振動するモードであり、水泳に例えるとバタフライのドルフィンキックに似ていることから、「ドルフィン」と呼ぶことにする。図4[D]に示す振動モードは、振動腕部12aと振動腕部12bとが互いに逆相で±Z’軸方向に振動するモードであり、水泳に例えるとクロールのバタ足に似ていることから、「バタ足」と呼ぶことにする。
The vibration mode shown in FIG. 4C is a mode in which the vibrating
図4[E]に示す振動モードは、振動腕部12aの主面と振動腕部12bの主面とが互いに同相で±X軸方向に向くようにねじれて振動するモードであり、「ねじれ(同)」と呼ぶことにする。図4[F]に示す振動モードは、振動腕部12aの主面と振動腕部12bの主面とが互いに逆相で±X軸方向に向くようにねじれて振動するモードであり、「ねじれ(逆)」と呼ぶことにする。
The vibration mode shown in FIG. 4E is a mode in which the main surface of the vibrating
また、基本波に対する高調波を総称して「2nd」と呼ぶことにする。実装前後での発振周波数の変化を、実装前(free)と実装後(fix)との差という意味で、「free-fix」と呼ぶことにする。「主振動」と「同相」との周波数差を「同相差」、すなわち「主振動」−「同相」=「同相差」と定義する。 Also, harmonics to the fundamental wave are collectively referred to as "2nd". The change in oscillation frequency before and after mounting is called "free-fix" in the sense of the difference between before mounting (free) and after mounting (fix). The frequency difference between "main vibration" and "in phase" is defined as "in phase difference", that is, "main vibration"-"in phase" = "in phase difference".
図5乃至図11は、図3における各寸法を採用した音叉素子10でのシミュレーション実験の結果である。以下、振動腕部12a,12b及び錘部16a,16bの長さの基準値x0との差xを「腕長さ」、錘部16a,16bの幅の基準値y0との差yを「錘幅」という。
5 to 11 show the results of simulation experiments with the
シミュレーションでは、腕長さxを−100、−50、0、+50、+100に変化させ、かつ、錘幅yを−30、−15、0、+15、+30に変化させ、これらの全ての組み合わせについて「同相」、「主振動」、「ドルフィン」、「バタ足」、「ねじれ(逆)」、「ねじれ(同)」、「2nd」、「free」、「free-fix」及び「同相差」を計算した。なお、「free」は実装前の主振動の周波数である。各振動モードにおける周波数は実装後(fix)の値である。発振周波数は33.5〜34kHzである。この発振周波数は、錘部16a,16bに周波数調整用金属膜を形成する前の値である。実際には、錘部16a,16bに周波数調整用金属膜を形成して、音叉素子10を素子搭載部材32に実装した後に、その周波数調整用金属膜を削って発振周波数を32.768kHzに調整する。なお、「free-fix」の増減とは、その絶対値での増減である。
In the simulation, the arm length x is changed to -100, -50, 0, +50, +100, and the weight width y is changed to -30, -15, 0, +15, +30, for all combinations of these. "In-phase", "main vibration", "dolphin", "flutter", "twist (reverse)", "twist (same)", "2nd", "free", "free-fix" and "common-mode difference" Was calculated. Note that "free" is the frequency of the main vibration before mounting. The frequency in each vibration mode is the value of fix. The oscillation frequency is 33.5 to 34 kHz. The oscillation frequency is a value before forming the frequency adjusting metal film on the
図5Aは腕長さx及び錘幅yを変化させた場合のfree-fixを示す図表であり、図5Bは腕長さx及び錘幅yとfree-fixとの関係を示すグラフである。図5Aにおいて「規格化値」は次式(4)から得られる。
規格化値=(free-fix)×(−1000)−140 ・・・(4)
図5Bに示す円の直径は、図5Aに示す規格化値の大きさに対応する。
FIG. 5A is a chart showing free-fix when the arm length x and the weight width y are changed, and FIG. 5B is a graph showing the relationship between the arm length x and the weight width y and the free-fix. The “normalized value” in FIG. 5A is obtained from the following equation (4).
Standardized value = (free-fix) × (−1000) −140 (4)
The diameter of the circle shown in FIG. 5B corresponds to the magnitude of the normalized value shown in FIG. 5A.
図5Bから明らかなように、腕長さx及び錘幅yが次式(1)を満たすとき、free-fixが減少することがわかる。
−100≦x≦100、
−30≦y≦30、かつ、
−0.3x−15≦y≦−0.3x+15 ・・・(1)
As apparent from FIG. 5B, it can be seen that free-fix decreases when the arm length x and the weight width y satisfy the following equation (1).
−100 ≦ x ≦ 100,
−30 ≦ y ≦ 30, and
−0.3x−15 ≦ y ≦ −0.3x + 15 (1)
また、腕長さx及び錘幅yが次式(2)を満たすとき、free-fixがより減少することがわかる。
−100≦x≦100、
−30≦y≦30、かつ、
y=−0.3x ・・・(2)
In addition, it is understood that free-fix is further reduced when the arm length x and the weight width y satisfy the following expression (2).
−100 ≦ x ≦ 100,
−30 ≦ y ≦ 30, and
y = -0.3x (2)
つまり、図5Bにおいて、実線で示す直線y=−0.3x+15と一点鎖線で示す直線y=−0.3x−15とで挟まれた領域、より好ましくは破線で示す直線y=−0.3x上の領域において、円の直径が小さくなっている。したがって、音叉素子10によれば、振動腕部12a,12b及び錘部16a,16bの長さと錘部16a,16bの幅との関係を最適化することにより、実装前後での発振周波数の変化を抑制できる。
That is, in FIG. 5B, a region between straight line y = -0.3x + 15 shown by a solid line and straight line y = -0.3x-15 shown by an alternate long and short dash line, more preferably straight line y = -0.3x shown by a broken line. In the upper region, the diameter of the circle is smaller. Therefore, according to the
更に、式(1)又は式(2)において、腕長さx及び錘幅yを、
−50≦x≦50、かつ、−15≦y≦15 ・・・(3)
の領域に狭めることにより、free-fixがより一層減少することがわかる。
Furthermore, in the equation (1) or the equation (2), the arm length x and the weight width y are
−50 ≦ x ≦ 50 and −15 ≦ y ≦ 15 (3)
It can be seen that the free-fix is further reduced by narrowing the range to.
図6は錘幅y=0一定として腕長さxを変化させた場合、図7は腕長さx=0一定として錘幅yを変化させた場合、図8は錘幅y=−30一定として腕長さxを変化させた場合、図9は錘幅y=−15一定として腕長さxを変化させた場合、図10は錘幅y=+15一定として腕長さxを変化させた場合、図11は錘幅y=+30一定として腕長さxを変化させた場合である。同相については、図6乃至図11の各図[B]では主振動に重なって表示されてしまうため、各図[C]で縦軸を拡大して同相差として表示している。 6 changes the arm length x with the weight width y = 0 constant, FIG. 7 changes the weight with the arm length x = 0 constant, and FIG. 8 shows the weight width y = -30 When the arm length x is changed as shown in FIG. 9, when the arm length x is changed as the weight width y = -15, FIG. 10 changes the arm length x as the weight width y = + 15. In the case shown in FIG. 11, the arm length x is changed with the weight width y = + 30 constant. Since the same phase is displayed overlapping with the main vibration in each of the diagrams [B] in FIGS. 6 to 11, the vertical axis is enlarged and displayed as the in-phase difference in each diagram [C].
以下に説明するように、図6乃至図11において、特定の副振動の周波数が主振動の周波数に接近するほど、free-fixが増加する傾向が認められる。 As described below, in FIGS. 6 to 11, it is observed that the free-fix tends to increase as the frequency of the specific secondary vibration approaches the frequency of the main vibration.
図6は、錘幅y=0一定の場合である。腕長さx=−100のときに主にねじれ(逆)及びねじれ(同)が主振動に接近することにより、腕長さx=+100のときに主にドルフィン及びバタ足が主振動に接近することにより、それぞれfree-fixが増加している。 FIG. 6 shows the case where the weight width y = 0 is constant. When the arm length x = −100, mainly the torsion (inverse) and the torsion (same) approach the main vibration, and when the arm length x = + 100, mainly the dolphin and the butterfly leg approach the main vibration By doing this, free-fix is increased.
図7は、腕長さx=0一定の場合である。錘幅y=+30のときに主にねじれ(逆)及びねじれ(同)が主振動に接近することにより、free-fixが増加している。 FIG. 7 shows the case where the arm length x = 0 is constant. When the weight width y = + 30, the free-fix is increased mainly by the torsion (inverse) and the torsion (same) approaching the main vibration.
図8は、錘幅y=−30一定の場合である。腕長さx=−100,−50のときに、主にねじれ(逆)及びねじれ(同)が主振動に接近することにより、それぞれfree-fixが増加している。 FIG. 8 shows the case where the weight width y = −30 is constant. When the arm length is x = −100, −50, free-fix increases, respectively, as the torsion (inverse) and the torsion (same) approach the main vibration.
図9は、錘幅y=−15一定の場合である。腕長さxに関係なく概ねfree-fixが抑制されている。 FIG. 9 shows the case where the weight width y = -15 is constant. The free-fix is generally suppressed regardless of the arm length x.
図10は、錘幅y=+15一定の場合である。腕長さx=+100,+50のときに、主にドルフィン及びバタ足が主振動に接近することにより、それぞれfree-fixが増加している。 FIG. 10 shows the case where the weight width y = + 15 is constant. When the arm length is x = + 100 and +50, the free-fix is increased mainly due to the approach of the dolphin and the bata foot to the main vibration.
図11は、錘幅y=+30一定の場合である。腕長さx=+100,+50,0のときに、主にドルフィン及びバタ足が主振動に接近することにより、それぞれfree-fixが増加している。 FIG. 11 shows the case where the weight width y = + 30 is constant. When the arm length is x = + 100, +50, 0, the free-fix is increased mainly due to the approach of the dolphin and the bata foot to the main vibration.
以上、上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、そのように変更が加えられたものも本発明に含まれる。 As mentioned above, although the present invention was explained with reference to the above-mentioned embodiment, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention. Also, such modifications are included in the present invention.
本発明は、基部、振動腕部及び錘部を備える音叉素子であれば、どのようなものにでも利用可能である。 The present invention can be applied to any tuning fork element including a base, a vibrating arm and a weight.
10 音叉素子
10L 全長
10W 全幅
11 基部
11L 長さ
11W 幅
12a,12b 振動腕部
12W 幅
13 突起部
14 スリット
15a,15b 溝部
15L 長さ
16a,16b 錘部
16L 長さ
17a,17b 中心線
17W 幅
19 水晶振動片
19t 厚み
21a,21b パッド電極
21L 長さ
21W 幅
22a,22b 励振電極
30 圧電デバイス
31 導電性接着剤
32 素子搭載部材
33 パッド電極
34 蓋部材
x 腕長さ
x0 基準値
y 錘幅
y0 基準値
Claims (6)
前記基部から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部と、
前記振動腕部の先端に設けられた錘部と、
を備えた音叉型水晶振動素子であって、
平面視して、前記長手方向の寸法を長さ、前記長手方向に垂直な方向の寸法を幅とし、
前記振動腕部及び前記錘部の前記長さの基準値x0との差をx、前記錘部の前記幅の基準値y0との差をy、単位をμmとしたとき、次式(1)が成り立つ、
−100≦x≦100、−30≦y≦30、かつ、
−0.3x−15≦y≦−0.3x+15 ・・・(1)
ことを特徴とする音叉型水晶振動素子。 The base,
A pair of vibrating arms extending from the base in the same longitudinal direction;
A weight provided at the tip of the vibrating arm;
A tuning-fork type quartz crystal vibrating element provided with
In plan view, the dimension in the longitudinal direction is a length, and the dimension in the direction perpendicular to the longitudinal direction is a width,
Assuming that the difference between the length of the vibrating arm and the weight with the reference value x 0 of the length is x, the difference between the width of the weight with the reference value y 0 is y, and the unit is μm, 1) holds,
−100 ≦ x ≦ 100, −30 ≦ y ≦ 30, and
−0.3x−15 ≦ y ≦ −0.3x + 15 (1)
A tuning fork type crystal vibrating element characterized in that.
−100≦x≦100、−30≦y≦30、かつ、
y=−0.3x ・・・(2)
請求項1記載の音叉型水晶振動素子。 Instead of the equation (1), the following equation (2) holds.
−100 ≦ x ≦ 100, −30 ≦ y ≦ 30, and
y = -0.3x (2)
The tuning fork type quartz crystal vibrating element according to claim 1.
−50≦x≦50、かつ、−15≦y≦15 ・・・(3)
請求項1又は2記載の音叉型水晶振動素子。 Said x and y satisfy following Formula (3),
−50 ≦ x ≦ 50 and −15 ≦ y ≦ 15 (3)
The tuning fork type crystal vibrating element according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれか一つに記載の音叉型水晶振動素子。 The reference value x 0 is 780 μm and the reference value y 0 is 102 μm.
The tuning fork type crystal vibrating element according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれか一つに記載の音叉型水晶振動素子。 The longitudinal center line of the vibrating arm portion coincides with the longitudinal center line of the weight portion;
The tuning fork type crystal vibrating element according to any one of claims 1 to 4.
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